監麓掴置盟理璽盟孟堕劉
日本原子力研究開発機構・量子ビーム応用研究部門長
j-PARCセンター・アドバイザー(中性子利用)
東大名誉教授藤井保彦
基礎研究、産業利用を問わず、一つ一つの中性子(散乱)実験は、
S
mall
比較的少人数のグループで実施することができますので、
argeScienceは、数Scienceと言 うことにします。その対極の L
百人規模のグループが未知の素粒子発見などを目指す高エネ
mallS
cienceのルギー物理実験に代表されるものでしょう 。S
多くは、大学や企業の研究室の実験設備を利用して行われ、自分の好きなときにスイッチをオ ン /オフできるという意味でS
mallF
acilityと呼ぶことにします。以上をまとめて、このような研究スタイルを "S
mallS
cienceatS
mallFacility"と言 うことができます。これに対して大型の加速器や原子炉(スパコン
argeF
acilityは、その運転に多もこれに入るでしょう)などの L数のスタッフと 多額の経費を要しますので、通常運転期間が予めスケ ジュールされています。大型加速器を利用する高エネル
LargeS
cienceatL
argeF
acility"の典型で、ギー物理実験は、 "す。
950年代、我が国ではそれから 10'"''
15年遅れて本
欧米では 1格的に始まった中性子(散乱)実験は、中性子源として研究用原S
mallS
cienceat
子炉を必要としましたので、当時は唯一の "LargeFacility"でした。1970'"''198
0年代になると、 X線では実(株)旭化成基盤技術研究所

松野信也

物理学科に所属して金属や磁性体を扱っていた学生時代から中性子散乱にはなんともいえない憧れを抱きながら、側から眺めているだけでした。中性子回折が X線回折と同じブラッグの式で記述されることも頭ではわかっており、教科書、論文や学会発表の場で聞いて、興味を抱いていました。
特に、磁気構造や相転移の研究に威力を発揮するとい うことも 言葉伝いに聞いたりしていました。
そういう私も現在は、 X線を便って、高分子の構造、特にそのnsitu計測を行っています。モノ構造形成過程や使用状態で与のiを調べるときに、それが使われている状態でどうなっているかを計測することで、もっとよいモノを創る手がかりが得られると考えています。それは、料理を温かいうちに味わうのと冷めてから食べるのとでは、味がまったく変わっていることと似てPring8といます。リアルタイム計測をするのに、例えば今は、 Sいう強力な X線源を使えば、秒のオーダーで構造変化を計測していくことは難しくありません。

験室レベルのみならず加速器による放射光源が出現し、今ではS
mallScienceat Large
放射光実験は中性子実験を凌く¥"
Facility"となっています。
大強度陽子加速器を基盤として 、中性子・ミュオ ンの物質生
命科学実験ならびに、ハドロ ン・ニュートリノの原子核・素粒子、"
S
mall and L
argeS
ciencesat
物理実験を行う ]-PARCは
L
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acili
げという世界的にも稀な施設です。
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S
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acility"は、“料理"に警 えることができます。すなわち、原子炉や加速器は“調理用ガスコンロ"、ビームを利用する実験装置は“調理器具"であり、それぞれのプロが世界最先端技術を駆使して考案しています。実験する対象の試料は“食材"であり、食材作りのプロには事欠きません。これらを知り尽くして実験する研究者は一流の“料理人"であり、食材を知り尽くして最大の味を引き出す料理を考え、最適な調理器具の選択と火加減によって“垂誕の一皿"が出来上がります。
どれが欠けていても 一流の料理は作れません。ましてやガスコ
ンロの火力や調理器具の不足、料理人の腕の悪さのために、持ち込んできた一流の食材を台無しにしてしまっては取り返しが付きません。逆に一流のガスコ ンロや調理器具を持ちながら、眼が利かない料理人が三流の食材を料理してまずい料理を作ったのでは、笑われ者になってしまいます。一流の食材を作るプロが、珍しいものができたらすぐ新しい料理作りの一流料理人を擁する施設に持ち込むようになればシメタものです。

一方、中性子といえば、やはり強度(輝度)が低く、構造変化のリアル タイム計測には不向きと思っていました。しかしながら、]-PARCという今までより格段に強度の大きい中性子を利用できる施設が建設され利用が開始されるに至り、中性子によるリアルタイム計測への期待が高まりました。最近、中性子は X線的にはコントラストの小さい高分子(有機物)同士の相分離構造が計測し易いと思い、一度トライアルユース制度の利用をお願いしてみて，確かに X線では見えないコントラストが見える(相分離構造が見える)ということを実感しました。その後、弊社においても、だんだんと中性子利用の機会が増えています。
まだ中性子利用の敷居は 高 い状況です。それは、実験室における測定ができなし， (X線回折装置のような市販の装置がない)ということにもよっていると思います。この季報を始めとした
中性子産業利用推進協議会の活動を通して中性子利用の敷居が低くなり、またトライアルユース制度等を通して利用者が拡大(特に企業の新規ユーザーが増加)し、ユーザーがその有用性を体感し、更には企業における実際の開発に貢献できればと思っています。

311

四 季 Vo.
leJ-PARCの実験装置
茨城県の生命物質構造解析装置 ri
BIXJ
茨城県 BLプロジェクトディレクター

林員琴

生命物質構造解析装置の概要を以下に示します。この装置は基本的には単結晶構造解析装置で、測定試料を中心にして最終的には約 30台の 2次元検出器を放射状に配置することになっています。この装置は、主としてたんぱく質の機能・水化学反応に寄与する水素・水和構造を解明することにより難病治療の特効薬や副作用のない薬品の開発に繋げることを目的としています。本装置の特徴は以下の通りです。
1)X線では困難な水素原子位置の決定が可能

2)従来装置 (JRR3の B
IX3)の 50"''100倍の測定効率
3)結品体積が 2mm3なら年間 100個以上の測定が可能
4)実験室 X線装置並みの小さな結品でも測定が可能

大型放射光実験施設 S
Pring-8は極めて高輝度の X線源ですので、たんぱく質の結晶の大きさが O.
lm m角もあれば 10分オーダーという短時間で結晶構造解中斤が可能です。しかし、JRR-3に比して 100倍も明るしづ -PARCでも lmm角以上の結晶が必要です。SPring-8で必要な結晶の体積に対して1000倍以上の大きさであり、如何に速く絹麗な結晶を成長させるかが最重要課題になっていて、現在、結晶大型化技術の開発も装置の設計・製作に合わせて進めているところです。
本装置では、分子量 の極めて 大 きいたんぱく質に限らず、生体高分子や有機分子な どの構造解析も可能で、生分解性材料や発光プラスチックの開発、あるいは、冷凍食品の保存技術の開発などにも 貢献できます。
この装置の 責任 者 は 茨 城 大 学 の 問 中 伊 知 郎 准 教 授(i.tanalくa@mx.
ibaraki.
ac.
jp)で、産業利用コーディネータ
ーは大橋裕二氏(前国際結晶学連合会長、東工大名誉教授:yohashi@ibaraki-neutrons.jp)です。装置の利用に関しては上記の 2名の方にご相談下さい。

2次元検出器(球般面に放射状に配置)

放射光による骨格構造解析

茨城県生命物資構造解析装置(iBIX)の概要

中性子による水素・水和構造解析

ニワトリ卵白リゾチームの立体構造(中性子だけが水素(フ口卜ン)の位置を正確に観ることができます。
)

JRR-3の実験装置
残間応力解析府中性子回折装置 rRESA、RESA
IIJ
日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門研究員
鈴木裕士(suzuk.
ihiroshi07@jaea.
go.
jp)
中性子応力測定法は原子問を標点間距離とする物理的な応力計測法であり、数 m mから数 cm オーダーの物質内部の応力・ひずみ状態を非破壊・非接触で測定することができる唯一の手段です。 日本原子力研究開発機構の研究用 原子炉
JRR-3ガイドホールには、残留応力解析用として角度分散型の中性子回折装置が 2台 (RESA、RESA-II)設置されていて、様々な材料研究や産業応用が行われています。角度分散型回折装置は、研究用原子炉の炉心における核分裂連鎖反応により連続して発生する白色の熱中性子(定常中性子)から、モノクロメータ結晶を利用して単一エネルギー(単 一波長)の中性子のみを抽出し、測定試料によって回折される中性子の個数と回折角を検出器走査によって測定する方式の装置です。

測定の方法は、ある回折面 hklの格子国間隔を dhkl
、入射中性子の波長を λとすれば、 Braggの回折条件式 (2dhldsin=nλ) により決定される回折角 2 を測定するための装置で、この回折角 2 の変化を測定することで、格子面間隔ldの変化がわかり、格子ひずみを測定できます。
これまでに、各種溶接構造物、自動車エンジン部品、航空宇宙関連機器、鉄道関連部品など、実機モデルサンプルを含めた各種機械部品に対する残留応力測定が行われるなど、高性能、高信頼性、長寿命化を目指した製品開発に大きく貢献しています。また、最近では、鉄筋コンクリート中の鉄筋のひずみ測定や、超伝導線材や金属ガラスなどの変形挙動評価のほか、塑性加工や熱処理に伴うミクロ旭織形成と残留応力発生に関する研究など、応力測定分野だけでなく、建築分野や材料開発分野など、様々な研究分野においても RESA、RESAIIが利用されています。

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一一一一ーイ' 溶倭金属部 -~r- 一一一一一トr--r一戸「園ヨ|張εεωN
圧縮

残留応力解析用中性子回折装置 RESAの外観

板厚 26mmの突合せ溶接試験体の溶接線直交方向ひず、み分布

eJ-PARC
J-PARC中性子源の性能を確認
J-PARCセンター

水銀や水素の熱流動設計、構成機器の除熱設計、構造強度設計などを精度良く行なう必要があります。これらの設計に必要な発熱分布などは粒子輸送計算(図 2) で求めます。
粒子輸送計算では、 l個 l個の粒子(陽子や中性子)が中性子源の中でどの様に動き回るかを計算機上でシミュレーションしますが、その計算精度が中性子源全体の設計精度を左右します。粒子輸送計算では、どのような中性子ビームが実験装置に供給されるのかを求めることもできます。
MLFの特性試験装置 (BL10) は、中性子源から供給される中性子ビームの特性を調べることのできる中性子実験装置です。平成 20年度、本装置によって MLFで初めての中性子ビームの発生を確認することができました。図 3は本装置で測定したエネルギー毎の中性子強度を予測計算値と絶対値で比較したものですが、両者は非常に良く一致しています。 この結果は、予測通りの性能の中性子ビームが確実にユーザーに提供されていることを示すと同時に、中性子源の設計が確かで精度の高いものであったことを物語っています。

中性子源セクション

前川藤夫
J-PARCjMLFの中性子源(図1)は、米国オークリッジ国立研究所の SNS施設の中性子源と並ぶ、世界最高レベルの M W級核破砕ノ tルス中性子源です。中性子源の中、出力心部にある水銀ターゲットには、エネルギー 3GeV1MWの陽子ビームが入射されます。このターゲットの中で水銀の原子核が陽子ビームに破砕されて多数の中性子が生成されます。しかし、生成したばかりの中性子のエネル
ギーは MeVオーダーと高過ぎるため、極低温(-253C)の液体水素を循環させているモデレータにより、物質・生命科学の実験に適した meVオーダーまでエネルギーを下げます。 1kWの電気ストープ 1，000台が 10リットル程度の小さな容積の中で炊かれたような状態の数百℃の水銀ターゲットと、極低温の液体水素モデレータとの距離は、わずか 10cmです。
中性子源はこのような厳しい条件下で運転されるため、010000I 1000'，:'1P、、
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図 1 J-PARC中性子源の概要図2 粒子輸送計算による中性子の飛跡

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中往子エネルギー [eV]

図3 中性子スペクトル強度の絶対比較

eJRR-3
中性子による HI
V.
:lプロテアーゼの全原子構造決定に成功
日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門
中性子生命科学研究ユニット長
兼生体分子構造機能研究グループリーダー

黒木良太
日本原子力研究開発機構、大阪大学、京都薬科大学
及び(株)創晶の研究グループは共同で、エイズ治療薬の標的となる H
IV-1プロテアーゼ(タンパク質)とその機能を阻害する KNI-272 (医薬品の候補となる化合物)の複合体結晶を作製し、水素原子を含む全原子の構造解析(中性子結晶構造解析)に世界で初めて成功しました。構造解析は、水素原子の観測を得意とする JRR-3の炉室に設置された生体高分子用中性子回折装置 (BIX-4:r
四季 J Vo1.1P7参照)を用いてIV1プロテアーゼの機能に重要な役割行いました。 Hを果たしている水素原子の配置情報を初めて明確に捉えたものであり、より治療効果の高いエイズ治療薬開発への貢献が期待されます。詳細は下記 URLの日本原子力研究開発機構のプレス発表をご覧下さい。

HIVプ口テアーゼと阻害剤

KN
I
272複合体の水素原子を含む全原子構造(水素、炭素、窒素、酸素、硫黄を各々、白、緑、青、赤、黄色で示し

Asp125a{融情阻 削'7ロトン金L買い(lいことが判明(URL:h行p:jwww/.
jaeag・ o.
jp0/ 2p/ress2008p/09031001/
index.
html)

司.•HIV，. 1プロテアーゼの触媒中心の立体構造(網目の部分は水素原子の存在を示していま研究会活動報告

1.
'--中性子バイオ・ソフトマターサイエンスワークショップ
最新の中性子を利用した計測機器によるソフトマタ-・バイオマテリアル研
究およびその産業応用の発展が期待されています。そこで、中性子産業利用推進協議会と |\~LF 利用者懇談会に重複・分散して所属しているソフトマター・/\イオマテリアル関連研究者-技術者に最新の中性子計測機器の情報提供を行う
ことにより、中性子サイエンスの発展、ならびに、産業応用の促進を目指したワークショップの開催を企画しました。
午前中は中性子小角散乱専門外の方を対象にしており、午後は、前者も包括したユーザーを対象としています。中性子散乱の経験がないか殆ど初心者で、あると思われる方は午前中から、一方、中性子散乱の経験のおありの方は午後からでもご参加いただければ幸いです。皆様のご参加をお待ちしております。

[世話役]
柴山充弘(東大物性研)
杉山正明(京大原子炉)

日 時 :2009
年 7月 7日(火)

10:
00"
""
20:
00
場所:三菱総研会議室
東京都千代田区大手町二丁目 3番 6号

詳しくは左記 URしをご覧ください。

(URL:http://issp.
utokyo.ac.jpllabs/neutron/annouunce/BioSoftMeeting.htmJ)

中性子および放射光を利閉じた応力・ひずみ測定に関するセミ安一「残留ひずみ・応力解析研究会Jでは、茨城県中性子利用促進研究会の小角 W G、集合組織 W G、応力解析 W Gと合同で TutorialSeminarを開催します。
本セミナーでは、世界の第一線で活躍されている、 DonaldBrown氏 (LANL)、
P
hilip Withers氏 (University ofManchester)、ならびに Mark Daymond氏(Queen's University)により，中性子や放射光を用いた応力・ひずみ測定、得られた測定結果の評価・解析方法など、基礎を中心として応用にもつながる講義を行います。中性子や放射光を用いた応力評価に興昧のある方はぜひご参加ください。
(URL:h性p://nsrc.
jaea.
go.
jp/mecasens5/tutorial.
html)

¥j時:
2009年 11月9日(月)場所:茨城県水戸合同庁舎

J
R水戸駅南口から徒歩約 6分
詳 しく は左記 URLをご覧 ください。

1

お知らせ

そ.

-J-PARC公開
昨年に引き続き、 2度目の公開となります。構内では、食堂を始めさまざまな模擬屈も営業します。
NSRR、WASTEF等の施設晃学会や実験教室もあわせて開催しますので、ぜひお立ち寄り下さい。
日時 :8月 1日(土) 9:3
0'"''15:
οo(雨天決行、入場無料)※当日は東海駅から現地までは送迎パスを運行します。(し¥ばらき量子ビーム研究センターなどに大規模な駐車場完備) JPARC構内は循環パスを運行します。
公開施設:3GeVシンクロ卜口ンの地下トンネル(前回未公開)、リニアツク、 50GeVシンク口卜口ン、物質・生命科学実験施設、ハド口ン実験施設及びニュー卜リノ実験施設※加速器トンネルはこの時期しかご覧になることはできません。
連 絡 先 :029-284-3715または 029-284-3726

中性子産業利用推進協議会
発行日
発行元

昨年の特別公開の風景 (50GeVシンク口ト口 ンにて)J-PARCだけで 200名以上のスタッフが、皆様をお待ちしています。

季報【 09年・夏 ]Vo.
13

2009年 6月25日
中性子産業利用推進協議会
干 319-1106 茨 城 県 那 珂 郡 東 海 村 白 方 1
62-1

いばらき量子ビーム研究センタ -2F D201
TEL:029-352-3934 F
AX:029-352-3935
Email:
info@jneutron.
com
URL:
http://www.
jneutron.
com/